飞机设计新技术——多学科设计优化

本文概述飞机多学科设计优化技术的意义、内容,介绍国外多学科设计优化研究状况,阐述多学科设计优化与并行工程的关系,提出了基于网络的飞机多学科设计优化计算机环境的思想。     

航空发动机涡轮叶片的多学科设计优化

叙及了多学科设计优化技术在航空发动机涡轮叶片设计中的应用研究,对涡轮叶片多学科设计优化方法进行设计的具体实施过程进行了介绍,讨论了结构、气动、传热、强度、振动和寿命以及优化算法等跨学科之间进行耦合优化设计的理论和方法。文末给出了一计算实例。      

基于SVR多学科设计优化代理模型技术研究

为挖掘设计潜力,提高飞机设计质量,通过代理模型方法研究了多学科设计优化(MDO)。基于径向基函数模型,研究了一种新的代理模型技术--支持向量回归方法(SVR)。通过数值算例和某通用航空飞机多学科设计优化应用算例对支持向量回归方法的有效性进行了验证。研究结果表明,支持向量回归是一种比较有效的代理模型方法,在飞机多学科设计优化的理论研究和工程实践方面具有重要的参考意义。     

高超声速飞行器并行子空间优化设计

采用正交试验设计方法生成初始数据库,建立二次多项式响应面近似模型,以最大巡航距离为设计目标,机体/推进一体化外形参数和巡航弹道参数为设计变量,对高超声速飞行器进行了多约束多学科的并行子空间优化设计.优化设计获得了多学科融合条件下的最优化外形和弹道参数,可作为飞行器进一步详细设计的参考方案.      

多学科设计优化技术发展及在航空航天领域的应用

首先指出了多学科设计优化(MDO)对于现代飞行器设计的意义和多学科设计优化的主要研究内容.在调研国内外参考文献的基础上,分别对面向MDO的飞行器建模技术、灵敏度分析技术、优化算法、代理模型技术、MDO策略以及MDO框架6项关键技术发展状况以及MDO在航空航天领域的应用状态进行了总结和概述,最后指出了技术的未来研究方向以及MDO在航空航天领域进一步推广所需要解决的问题.     

显著变量识别与高温叶片多学科设计优化方法

针对高温叶片气热多学科优化设计问题中设计变量过多造成的维数灾难问题,提出了基于数据挖掘技术的显著变量识别方法。采用显著变量识别方法剔除了对高温叶片Mark II气热性能影响小的设计变量,使设计变量个数从36个减少为15个。通过耦合共轭换热分析方法、三维叶片及冷却系统参数化方法以及自适应多目标差分进化算法,建立了高温叶片多学科多目标设计优化系统。基于显著变量识别方法获得的设计变量,完成了Mark II型叶片的气热性能多学科设计优化。优化获得了9个Pareto解,典型Pareto解的气热分析结果表明,优化后叶片的气热性能明显优于原始叶片,验证了基于数据挖掘技术的高温叶片多学科设计方法的有效性。     

飞行控制系统的快速原型设计

飞行控制系统设计是一个涉及控制、机械、电子和计算机等多个分系统的复杂系统工程,需要进行多学科、多专业的协同设计,虚拟样机技术从建模和仿真分析等多个方面为协同设计提供了技术和方法上的支持,而快速原型设计是基于虚拟样机的,快速生成物理样机的一种技术,可以看作是我国现阶段虚拟样机技术应用的一个廉价快速的替代方案。介绍了快速原型设计的概念,针对飞行控制系统的快速原型设计,讨论了与其有关的设计仿真软件、关键技术和实施方法。     

多学科优化技术在空间结构锁可靠性设计分析中的应用

 多领域协同建模仿真是复杂产品虚拟样机设计分析需要解决的关键技术问题之一。利用CAD/CAE工具搭建的空间结构锁多柔体虚拟样机模型,综合考虑了强度、动力学、空间环境影响等因素,在协同设计分析和协同建模仿真的基础上,开展了基于可靠性的多学科协同设计分析。并深入讨论了协同建模仿真实现中的数据综合、过程综合等关键技术。通过多学科协同设计分析和建模仿真,找到了空间结构锁的可靠性薄弱环节,并结合多学科优化技术,实现了空间对接锁基于可靠性的设计优化,进一步提出了通用的复杂机电系统基于可靠性的多学科设计优化方案,并开发了能协同三维建模工具（如PROE）,有限元分析工具（如MSCPATRAN,NASTRAN,ANSYS）和动力学分析工具（如MSCADAMS）进行复杂机电系统可靠性分析的通用工具平台ARAMS。     

直升机驾驶舱人机功效设计

直升机驾驶舱人机功效的设计主要是指有人驾驶的直升机。人机功效的设计成功与否直接影响到直升机的使用效能、驾乘安全性、可操纵性和可维修性。人机功效涉及面很广,在设计应用上它对整机及各个系统都有相关的技术要求,因此人机功效设计是一个多学科、集成的综合应用技术。本文重点就直升机驾驶舱的人机功效设计做如下探讨。     

多学科设计优化中的设计过程建模及重构技术

根据对多学科设计优化特点的分析,论述了利用基于活动的设计结构矩阵方法对设计过程进行建模的方法,以及在此基础上的设计过程重构技术,并给出示例和验证.最后探讨了这种方法的优点和局限性.     

面向快速设计的典型特征设计系统

介绍了在Pro/E环境下利用其二次开发工具Pro/Toolkit开发的便于进行快速设计的典型特征设计系统--BIT-TFDS,详细说明了系统的体系结构、开发方法以及开发中使用的关键技术.     

基于模块化设计的工程设计数据管理

在中国航空发动机行业传统工程数据管理模式下，零组件上下层关系惟一确定，但是更改封闭机制始终无法完整地解 决多方案导致的关联更改问题，为此采用模块化设计理念，利用上下层模块之间允许灵活选配的特点，通过判断更改前后的互换性 阻隔更改向上传递问题。基于模块的产品架构采用独立的编码系统进行标识，并根据产品研制特点定义模块层级。在基于模块可选 配的模式下，采用互换性管理明确更改的传递原则及不同方案之间的替换关系；采用有效性管理明确零组件号的使用范围；采用 EBOM 管理实现基于统一产品架构的多方案集成。若由传统模式向可选配模式进行转变，企业需在设计、工艺和BOM 管理上同 步调整。     

分布式飞行器快速设计平台

该文分析研究了在网络环境下的分布式飞行器快速设计的问题。采用中间件技术构建分布式设计系统,采用CORBA技术构建了飞机快速设计的网络化设计数据库系统模型。系统中的设计模块可以彼此进行信息交流,协调设计参数,共享数据。并以简单实例说明此框架具有使用互操作技术完成不同学科、不同领域的信息交流和协同设计的特点。     

概念机中的结构设计与建模研究

飞机结构设计在飞机研制过程中起着关键的作用,在飞机概念设计阶段进行结构概念设计可以使提出的概念设计方案更加完善。论述了飞机结构设计在概念设计阶段的作用和方法,着重研究了按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机概念设计系统中进行飞机结构概念设计的方法与措施,以及在这一系统中建立结构件数值模型的步骤。结合结构材料数据库的实现,最后提出了集成与结构相关的各种数据库并进行分类管理的建议。     

二维协同设计系统的设计与实现

设计并实现了一个二维协同系统2DCoDesign,系统为B/S结构,采用Agent技术,系统中各个部分(如会议服务器,路由器,客户端)都是相互独立的Agent.为满足工程设计需求,系统提供了对DXF格式的图形操作支持以及公差等标注符号和会议纪要的支持,开发了一个分布式的协同设计环境,用于设计人员进行协同设计问题的讨论.     

多学科设计优化在非常规布局飞机总体设计中的应用

以飞翼布局飞机总体设计为例,展示如何将多学科设计优化(MDO)方法有效地应用于非常规布局飞机总体设计.基于二级优化方法,提出一种飞机总体MDO实施流程.该流程包括系统级优化、子系统级优化(或评估)和多学科模型生成器3个部分.系统级优化的任务是优化全局设计变量,使系统目标最优.子系统级优化涉及的学科包括气动、隐身、结构、...     

改型设计中飞机普通框一种设计方法

为了能够合理地降低飞机结构重量系数,针对飞机改进设计,以普通框为研究目标,通过对“敏度阈值”的改进,提出“敏度变阈值”概念,并与“约束补偿”策略结合而形成拓扑优化算法,来用于普通框的轻量化设计。以某一轻型小飞机的后段一普通框为例,拓扑优化结果表明：(1)等材料设计时,刚度提高40％;(2)等刚度设计时,材料用量减少30％。由此可以得出：(1)基于“敏度变阈值”的拓扑优化算法用于飞机普通框改进设计,是可行和有效的;(2)给出了一种具有可操作性的设计方法,用以实现框结构“等刚度”的设计思想;(3)所给出的方法易于飞机结构设计人员接受与掌握,并且方便地用于将来的框结构改进设计之中。     

改装设计/适航审定管理系统设计与开发

针对目前国内航空企业在进行改装设计和适航审定工作时文档管理混乱的问题,介绍了改装设计与适航审定管理系统设计及其文件管理平台,利用VC与SQL Server实现适航规章数据库的管理更新,以及自动生成符合性检查清单等功能。     

航空发动机的维修性设计

良好的维修性设计是航空发动机实施优质、高效、低成本维修的重要品质。本文介绍了维修性概念、维修性设计有关控制指标及实施方案，并对我国在这一领域的研究应用提出了建议。